JP2007104779A - Method for current offset adjustment and power conversion equipment using the same - Google Patents

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Eiji Yamamoto
栄治 山本
Hidenori Hara
英則 原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power converter wherein a current detection offset can be accurately adjusted. <P>SOLUTION: A PWM converter includes: a power supply 1; a voltage phase detector 5 that detects the voltage phase of the power supply; semiconductor switches 3 that are connected to the power supply and can be independently turned on and off; a capacitor 4 that smoothes a voltage rectified by the semiconductor switches; and current detectors 6 that detect currents passed through the semiconductor switches. Adjustment of offset in the outputs of the current detectors is carried out by detecting a period A for which a current is not passed based on the phase information of the voltage phase detector. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、PWMコンバータにおいて入力電流を検出する電流検出器のオフセット調整に関する。   The present invention relates to offset adjustment of a current detector that detects an input current in a PWM converter.

従来の電流オフセット調整については、インバータにおいては,モータを駆動していないベースブロック状態の時に電流検出器のオフセット調整を行う方法が一般的である。
図3は従来の電流オフセット調整方法を示すインバータ駆動のブロック図である。図3に示すようなインバータの構成では、電流検出器6はスイッチ群32と負荷モータ10の間に配設されている。従って、電流の流れていない期間(例えば、インバータを運転していない期間で、今後これをベースブロック期間と呼ぶ)に電流検出器6の検出値を、インバータの直流母線から電源回路8を介して電源を入力して動作する制御コントローラ11にて取り込み、ゼロとの偏差をオフセット値として、スイッチ駆動回路13に反映させて補正することが可能である。
As for conventional current offset adjustment, in an inverter, a method of performing offset adjustment of a current detector in a base block state where a motor is not driven is generally used.
FIG. 3 is a block diagram of inverter driving showing a conventional current offset adjusting method. In the configuration of the inverter as shown in FIG. 3, the current detector 6 is disposed between the switch group 32 and the load motor 10. Accordingly, the detected value of the current detector 6 is transmitted from the DC bus of the inverter through the power supply circuit 8 during a period in which no current flows (for example, a period in which the inverter is not operated and will be referred to as a base block period in the future). It is possible to make corrections by taking in the controller 11 which operates by inputting power and reflecting the deviation from zero as an offset value in the switch drive circuit 13.

また、モータ運転中に電流検出のオフセット調整を行う方法としては,モータ出力電流をトルク成分(q軸)と励磁成分(d軸)に分離し、d軸成分と制御コントローラ内部で演算した電圧位相指令からオフセット量を推定している(例えば、特許文献1参照)。
このように、従来の電流検出器のオフセット調整方法は、インバータが駆動していない場合にオフセット調整を行うか、又は、電流検出結果とコントローラ内部の指令値から推定するといった方法を用いている。
国際公開第00/14866号パンフレット(27頁、図1)
As a method for performing offset adjustment for current detection during motor operation, the motor output current is separated into a torque component (q-axis) and an excitation component (d-axis), and the d-axis component and the voltage phase calculated inside the control controller are used. The offset amount is estimated from the command (see, for example, Patent Document 1).
As described above, the conventional offset adjustment method of the current detector uses a method of performing offset adjustment when the inverter is not driven or estimating from the current detection result and the command value inside the controller.
International Publication No. 00/14866 (page 27, Fig. 1)

しかしながら、従来の電流検出器のオフセット調整方法のうち,モータを駆動していないベースブロック状態の時に電流検出器のオフセット調整を行う方法は、インバータでは最も簡単で有効な手段であるが、電源と常に接続されているPWMコンバータの入力電流検出回路のオフセット調整には適用できない。つまりPWMコンバータでは、運転をしていない場合でも、直流母線から制御コントローラの電源を作成している場合は電流がわずかに流れているので、この方法は適用できないという問題がある。
また、特許文献1の方法では、PWMコンバータにも適用可能であるが、制御コントローラ内部で演算した電圧位相指令から推定しているため、推定誤差が発生してしまうという問題がある。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、常に電源に接続されたPWMコンバータにおいても精度良く電流検出器のオフセット調整を行うことが可能な電流オフセット調整方法とそれを用いた電力変換装置を提供することを目的とする。
However, among the conventional current detector offset adjustment methods, the method of adjusting the offset of the current detector when the motor is not driven in the base block state is the simplest and most effective means in an inverter. It cannot be applied to offset adjustment of the input current detection circuit of the PWM converter that is always connected. In other words, even if the PWM converter is not in operation, there is a problem that this method cannot be applied because a slight current flows when the power source of the control controller is created from the DC bus.
Moreover, although the method of Patent Document 1 can be applied to a PWM converter, there is a problem that an estimation error occurs because it is estimated from a voltage phase command calculated inside the controller.
The present invention has been made in view of such problems, and a current offset adjustment method capable of accurately adjusting the offset of a current detector even in a PWM converter that is always connected to a power supply and a method for using the same. An object of the present invention is to provide a power conversion apparatus.

上記問題を解決するため、請求項1に記載の発明は、電源の電圧位相を検出する電圧位相検出器と、前記電源に接続され独立にオン、オフできる半導体スイッチと、前記半導体スイッチにより整流された電圧を平滑するコンデンサと、前記半導体スイッチに流れる電流を検出する電流検出器とを備えたPWM(パルス幅変調方式)コンバータにおいて、前記電流検出器の出力のオフセット調整を,前記電圧位相検出器の入力位相θin検出により電流が流れていない期間Aを検出し、該期間Aにてオフセット調整を行うことを特徴としている。
また、請求項2に記載の発明は、電源の電圧位相を検出する電圧位相検出器と、前記電源に接続され独立にオン、オフできる半導体スイッチと、前記半導体スイッチにより整流された電圧を平滑するコンデンサと、前記半導体スイッチを流れる電流を検出する電流検出器とを備えたPWM(パルス幅変調方式)コンバータにおいて、入力位相θinの検出により電流の流れていない期間Aを検出する電圧位相検出器と、前記電圧位相検出器により検出された期間Aにて電流オフセット調整を行う制御コントローラを備えたことを特徴としている。
In order to solve the above problem, the invention described in claim 1 is a voltage phase detector that detects a voltage phase of a power supply, a semiconductor switch that is connected to the power supply and can be turned on and off independently, and is rectified by the semiconductor switch. In a PWM (Pulse Width Modulation) converter comprising a capacitor for smoothing the voltage and a current detector for detecting the current flowing through the semiconductor switch, the voltage phase detector adjusts the offset of the output of the current detector. The period A during which no current flows is detected by detecting the input phase θin, and the offset adjustment is performed in the period A.
According to a second aspect of the present invention, a voltage phase detector for detecting a voltage phase of a power supply, a semiconductor switch connected to the power supply and capable of being turned on and off independently, and a voltage rectified by the semiconductor switch are smoothed In a PWM (pulse width modulation system) converter comprising a capacitor and a current detector for detecting a current flowing through the semiconductor switch, a voltage phase detector for detecting a period A in which no current flows by detecting an input phase θin; And a controller for performing current offset adjustment in the period A detected by the voltage phase detector.

本発明によれば、常に電源に接続されたPWMコンバータにおいて、電源電圧の位相情報に基づき電流が流れていない期間Aを検出できるので、期間Aにてオフセット調整を行うことで、精度良く電流検出器のオフセット調整を行うことが可能となる。   According to the present invention, in the PWM converter that is always connected to the power supply, the period A in which no current flows can be detected based on the phase information of the power supply voltage. Therefore, the current is detected accurately by performing the offset adjustment in the period A. It is possible to adjust the offset of the instrument.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の電流検出器のオフセット調整方法のブロック図である。
図において、三相交流電源1は電力変換装置(この場合はコンバータ)のスイッチ群3(半導体スイッチSpr〜Snt,フライホイールダイオードDpr〜Dntから構成される)により、交流電圧から直流電圧に変換され、電解コンデンサ4により平滑される。この例では半導体スイッチSpr〜Sntは、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)を用いているが、各スイッチ独立にON、OFF可能であれば何でもかまわない。
三相交流電源1とスイッチ群3の間には、スイッチ群3のスイッチングノイズが電源1へ流出するのを除去する目的とスイッチ群3を構成する半導体スイッチSpr〜SntのON,OFFによって引き起こされる電源の線間短絡時の電源陥没を抑制する為入力フィルタ2が挿入される。
制御コントローラ11には、電源1の入力電圧位相を検出する入力電圧位相検出器5の出力θin、入力電流を検出するための電流検出器6の出力Ir,Is,It、電解コンデンサ4で平滑された直流母線電圧を検出する直流電圧検出器7の出力Vdcと、PWMコンバータの出力であるP,N端子間の電圧指令Vdc_refが入力される。制御コントローラ11では、これらの入力情報を基にスイッチ駆動時間演算器12によりスイッチ駆動時間が演算され、スイッチ駆動回路13によりスイッチ駆動信号Gpr〜Gntがスイッチ群3に伝えられる。
FIG. 1 is a block diagram of an offset adjustment method for a current detector according to the present invention.
In the figure, a three-phase AC power source 1 is converted from an AC voltage to a DC voltage by a switch group 3 (comprising semiconductor switches Spr to Snt and flywheel diodes Dpr to Dnt) of a power converter (in this case, a converter). Smoothed by the electrolytic capacitor 4. In this example, the semiconductor switches Spr to Snt use IGBTs (insulated gate type bipolar transistors). However, any switches can be used as long as they can be turned on and off independently.
Between the three-phase AC power source 1 and the switch group 3, the switching noise of the switch group 3 is caused to flow out to the power source 1, and is caused by ON / OFF of the semiconductor switches Spr to Snt constituting the switch group 3. An input filter 2 is inserted to suppress the collapse of the power supply when the power supply line is short-circuited.
The controller 11 is smoothed by the output θin of the input voltage phase detector 5 that detects the input voltage phase of the power supply 1, the outputs Ir, Is, It of the current detector 6 for detecting the input current, and the electrolytic capacitor 4. The output Vdc of the DC voltage detector 7 that detects the DC bus voltage and the voltage command Vdc_ref between the P and N terminals that are the output of the PWM converter are input. In the controller 11, the switch drive time calculator 12 calculates the switch drive time based on the input information, and the switch drive circuit 13 transmits the switch drive signals Gpr to Gnt to the switch group 3.

ここで、電流検出器6は、一般にホール素子やシャント抵抗などにより電流を電圧に変換し、ADコンバータなどを用いディジタル値に変換して制御コントローラで演算される。また、これらの検出回路にはオペアンプなどの増幅回路が用いられることが一般的である。これら電流検出器6と検出回路には、電圧のオフセットが重畳されることがあり、精度良い制御を行う為には、オフセット調整が必要となる。
図1に示すPWMコンバータで従来と同様の電流検出器のオフセット調整を行う場合を考えると、PWMコンバータがベースブロック期間であっても、直流母線電圧から電源回路8により制御コントローラ11へ供給される電力が消費されている。
図2は、PWMコンバータがベースブロック期間での電源1の線間電圧Vrs、Vst、Vtrと入力電流Ir,Is,Itを示している。PWMコンバータがベースブロック期間であっても、パルス状の電流が電源回路8の消費電力に応じて流れていることが分かる。このようにPWMコンバータでは、ベースブロック期間であっても入力電流Ir,Is,Itが流れている為、従来例のようなオフセット調整では、精度良く補正ができない。
図2に示すようなパルス状の電流は、三相交流電源電圧が直流母線電圧より高い場合に、スイッチ群3のフライホイールダイオードDpr〜Dntを介して電解コンデンサ4に流れ込む。本発明では、入力電圧位相検出器5により入力電圧位相θinを検出し、図2に示す電流が流れていない期間Aを検出し、電流検出のオフセット調整は、期間Aにて実施する。
Here, the current detector 6 generally converts a current into a voltage using a Hall element, a shunt resistor, or the like, converts it into a digital value using an AD converter or the like, and is calculated by a control controller. In addition, an amplifier circuit such as an operational amplifier is generally used for these detection circuits. A voltage offset may be superimposed on the current detector 6 and the detection circuit, and an offset adjustment is necessary for accurate control.
Considering the case where the PWM converter shown in FIG. 1 performs the same offset adjustment of the current detector as before, even if the PWM converter is in the base block period, it is supplied from the DC bus voltage to the controller 11 by the power supply circuit 8. Electricity is consumed.
FIG. 2 shows line voltages Vrs, Vst, Vtr and input currents Ir, Is, It of the power supply 1 during the base block period of the PWM converter. It can be seen that even when the PWM converter is in the base block period, a pulsed current flows according to the power consumption of the power supply circuit 8. Thus, in the PWM converter, since the input currents Ir, Is, It flow even in the base block period, the offset adjustment as in the conventional example cannot be corrected with high accuracy.
A pulsed current as shown in FIG. 2 flows into the electrolytic capacitor 4 via the flywheel diodes Dpr to Dnt of the switch group 3 when the three-phase AC power supply voltage is higher than the DC bus voltage. In the present invention, the input voltage phase detector 5 detects the input voltage phase θin, detects the period A in which no current flows as shown in FIG. 2, and the offset adjustment for current detection is performed in the period A.

このように、常に電源と接続されたPWMコンバータにおいても、電流が流れていない期間を検出可能なので、精度良く電流検出オフセット調整が可能となる。   In this way, even in a PWM converter that is always connected to a power supply, a period during which no current flows can be detected, so that current detection offset adjustment can be performed with high accuracy.

本実施例は、PWMコンバータについて記述したが、交流電圧を直流に変換する電力変換装置で入力電流検出を行う機器には、容易に展開可能である(例えば、120度通電形コンバータ等)。
また、本実施例は三相交流電源の場合を説明しているが、単相入力形の電力変換装置にも容易に展開可能な技術である。
Although the present embodiment has been described with respect to a PWM converter, it can be easily deployed in a device that detects an input current with a power conversion device that converts an alternating voltage into a direct current (for example, a 120-degree conduction type converter).
In addition, although the present embodiment describes the case of a three-phase AC power supply, it is a technique that can be easily deployed to a single-phase input type power converter.

本発明の電流オフセット調整をするPWMコンバータのブロック図である。It is a block diagram of the PWM converter which performs the current offset adjustment of this invention. 本発明の電流検出器のオフセット調整方法を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the offset adjustment method of the current detector of this invention. 従来のオフセット調整方法のブロック図である。It is a block diagram of the conventional offset adjustment method.

符号の説明Explanation of symbols

1 三相交流電源
2 入力フィルタ
3 スイッチ郡
31 入力側ダイオードブリッジ
32 出力側スイッチ郡
4 電解コンデンサ
5 電圧位相検出器
6 電流検出器
7 直流電圧検出器
8 電源回路
10 負荷モータ
11 制御コントローラ
12 スイッチ駆動時間演算器
13 スイッチ駆動回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Three-phase alternating current power supply 2 Input filter 3 Switch group 31 Input side diode bridge 32 Output side switch group 4 Electrolytic capacitor 5 Voltage phase detector 6 Current detector 7 DC voltage detector 8 Power supply circuit 10 Load motor 11 Controller 12 Switch drive Time calculator 13 Switch drive circuit

Claims (2)

電源の電圧位相を検出する電圧位相検出器と、前記電源に接続され独立にオン、オフできる半導体スイッチと、前記半導体スイッチにより整流された電圧を平滑するコンデンサと、前記半導体スイッチに流れる電流を検出する電流検出器とを備えたPWM(パルス幅変調方式)コンバータにおいて,
前記電流検出器の出力のオフセット調整を、前記電圧位相検出器の入力位相θin検出により電流が流れていない期間Aを検出し、該期間Aにてオフセット調整を行うことを特徴とする電流オフセット調整方法。
A voltage phase detector that detects the voltage phase of the power supply, a semiconductor switch that is connected to the power supply and can be turned on and off independently, a capacitor that smoothes the voltage rectified by the semiconductor switch, and a current that flows through the semiconductor switch In a PWM (Pulse Width Modulation) converter with a current detector that
The offset adjustment of the output of the current detector is performed by detecting a period A during which no current flows by detecting the input phase θin of the voltage phase detector, and performing the offset adjustment in the period A Method.
電源の電圧位相を検出する電圧位相検出器と、前記電源に接続され独立にオン、オフできる半導体スイッチと、前記半導体スイッチにより整流された電圧を平滑するコンデンサと、前記半導体スイッチを流れる電流を検出する電流検出器とを備えたPWM(パルス幅変調方式)コンバータにおいて、
入力位相θinの検出により電流の流れていない期間Aを検出する電圧位相検出器と、前記電圧位相検出器により検出された期間Aにて電流オフセット調整を行う制御コントローラを備えたことを特徴とする電力変換装置。
A voltage phase detector that detects the voltage phase of the power supply, a semiconductor switch that is connected to the power supply and can be turned on and off independently, a capacitor that smoothes the voltage rectified by the semiconductor switch, and a current that flows through the semiconductor switch In a PWM (Pulse Width Modulation) converter with a current detector that
A voltage phase detector that detects a period A in which no current flows by detecting an input phase θin, and a controller that performs current offset adjustment in the period A detected by the voltage phase detector. Power conversion device.
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